丙酮水吸收-精馏过程分析与能量优化

采用Aspen Plus流程模拟软件,探讨了新型水吸收-精馏工艺过程的丙酮和空气混合的VLA(acetone vapor laden air)丙酮体积分数、温度和吸收剂初始温度等对吸收过程能耗及吸收剂用量的影响,对精馏过程单塔和双塔模型进行了经济分析,并采用夹点技术对吸收精馏流程换热网络进行了设计与优化。结果表明,吸收灵敏性分析的数值模拟结果与工业化装置实际运行数据有高度一致性,最大偏差不超过3. 16%,VLA进料冷却温度、吸收剂冷却温度以及VLA中丙酮体积分数对系统能耗的影响较大。在此基础上研究发现精馏过程的单塔模型相比双塔模型更具优势。基于夹点技术研究优化系统换热网络发现较大节能空间,可以节约公用工程冷量68%。     

丙酮-水精馏过程模拟和优化

丙酮是一种广泛应用的有机溶剂,丙酮回收具有重要的经济和环境意义。丙酮回收过程中,需采用精馏单元操作进行分离提纯,精馏塔的模拟优化有着重要意义。文章采用Aspen Plus过程模拟软件,对精馏工艺进行了模拟核算,发现实际操作中精馏塔中存在着恒浓区,恒浓区的存在会带来精馏塔基建费用和能耗的增加。文章结合经济分析对丙酮精馏塔进行了优化,消除了恒浓区;同时,探讨了不同丙酮进料质量分数对精馏的影响,指出提高进塔丙酮质量分数是节能关键。     

隔板塔精馏分离丙酮-乙酸乙酯-水-杂质体系的研究

提出一种隔板塔精馏处理丙酮-乙酸乙酯-水-色素杂质混合物的新工艺。采用aspen plus软件对隔板塔精馏工艺进行模拟,考察回流比和液相分配比对隔板塔分离效果的影响,探讨液相分配比对隔板两侧液相浓度分布的影响规律。结果表明,当回流比为4,气相分配比为0.5时,液相分配比在0.05~0.1范围内,隔板塔的分离效果较好;液相分配比减小,预分馏段液相中乙酯浓度增大,侧线采出段上部的乙酯浓度减小,侧线采出段下部的乙酯浓度增大,预分馏段内乙酯的分割比增大;与原四塔精馏工艺相比,完成相同的分离任务,隔板塔精馏工艺再沸器可节能28.09%,冷凝器可节能27.01%,且节省了设备投资。     

丙酮缩甘油反应精馏工艺全流程模拟与优化

针对丙酮缩甘油的传统生产工艺单程转化率低、生产设备投资高、后处理过程长及环境污染等缺点,本文设计了一种高效节能的反应精馏（RD）生产工艺。基于反应动力学和热力学基础数据,建立丙酮缩甘油反应精馏严格数学模型对反应精馏工艺全流程进行理论探究。通过对塔内浓度分布的分析,揭示了产物水对丙酮缩甘油反应精馏合成效果的影响。探究不同丙酮循环量对全流程生产工艺的影响;并以反应精馏塔和丙酮回收塔塔釜再沸器负荷为目标函数,对全流程的参数进行探究和优化,结果表明全流程优化后相比单塔优化的总能耗可节约3.6%。同时与工业传统先反应后精馏流程相比,优化后的反应精馏全流程节约能耗15.1%。该结果可为丙酮缩甘油工业化生产工艺设计提供参考和依据。     

甾体化学品生产母液中溶剂丙酮的回收工艺研究

文中对从甾体化学品生产母液中分离回收丙酮的工艺进行了研究,通过减压蒸馏、碱中和、精馏等分离过程得到了纯度为99.26的溶剂丙酮,达到了生产回用要求。同时考察了不同碱对回收工艺的影响。     

异丁烷共氧化法联产MTBE产品质量提升技术

异丁烷共氧化法生产环氧丙烷联产甲基叔丁基醚已成为一种重要的MTBE生产工艺,但因工艺的独特性,MTBE产品含大量丙酮等含氧杂质,质量较低。通过对比评估四种产品质量改进方案的技术可行性、操作方式、工艺复杂度,文中确定采用粗TBA原料精馏脱丙酮工艺。实验结果表明:该工艺可将MTBE产品中杂质丙酮针对性的脱除至质量分数0.1%以下,从而将产品纯度从97.5%提升至98.5%以上,最终有效提升异丁烷共氧化法联产MTBE产品质量。此外,文中根据连续精馏实验结果建立了可准确描述TBA精馏脱丙酮过程的数学模型,其热力学方法采用UNIQUAC。通过该模型计算,确定了工业化TBA精馏脱丙酮塔的最优回流比为50,并获得了塔径、塔高、再沸器热负荷等其他设计参数。     

含丙酮等高浓VOCs废气的吸收工艺模拟优化设计

本文对医药化工生产过程中经常产生的含丙酮、甲醇、乙醇高浓VOCs废气设计水吸收-精馏再生的处理方案,不仅能够满足废气的达标,而且实现丙酮等有机溶剂的回收。采用Aspen Plus过程模拟软件对吸收系统进行模拟优化,在固定吸收塔理论塔板数为18的条件下,确定吸收剂的流量为12000kg/h,吸收剂的温度为20℃。在固定精馏再生塔理论塔板数为24的条件下,确定塔顶出料流量为2200kg/h,回流比为0.57。     

表面活性剂强化重质油矿溶剂萃取残渣中残留溶剂鼓泡分离

针对重质油矿溶剂萃取残渣中残留溶剂的回收和去除问题，本文在鼓泡分离工艺的基础上提出了表面活性剂强化鼓泡分离工艺，探究了表面活性剂种类对于鼓泡分离过程的影响，并研究了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）对于鼓泡分离过程的动力学。结果表明，表面活性剂种类对去除效果具有重要影响：SDS可以通过降低甲苯-水界面张力和增加固体表面的亲水性，促进甲苯液层从固体颗粒表面的脱离，进而强化鼓泡分离过程，该过程符合一级动力学模型。然而，阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵（C₁₄TAB）和双亲性表面活性剂月桂基甜菜碱（SB-12）则通过增加固体表面的疏水性，促使颗粒离开溶液体系，抑制了鼓泡分离的进行，但由于SB-12对固体表面改性的程度弱于C₁₄TAB，SB-12的抑制作用弱于C₁₄TAB，且随鼓泡时间的延长，SB-12对甲苯-水界面张力的改变成为影响鼓泡分离效果的主要因素，SB-12对鼓泡分离过程的影响由抑制转为强化，但C₁₄TAB在鼓泡分离过程中始终呈现抑制作用。上述结果对于类似的固相溶剂萃取后残留溶剂去除或回收具有一定的理论指导意义。     

萃取精馏制取无水乙醇过程不同节能方案的对比

以乙二醇为萃取剂从乙醇-水体系制取无水乙醇产品。基于流程模拟软件,对常规萃取精馏过程以及双效萃取精馏、分割式热泵萃取精馏、隔壁塔萃取精馏和内部热集成萃取精馏等4种节能工艺进行模拟及优化。设计规定如下:无水乙醇中乙醇质量分数不低于99.5%,回收的萃取剂中乙二醇质量分数不低于99.9%,废水中的质量分数为99.5%以上。在相同的设计基础和设计要求下,获得各流程最优的操作参数,并从节能效果及经济性分析对比4种节能工艺。结果显示:相比于常规萃取精馏过程,虽然内部热集成萃取精馏工艺可将能耗降低14.1%,节能效果最佳,但双效萃取精馏过程总成本最低,年均总成本可降低7.2%,是最具经济性的工艺过程。本研究为乙醇-水体系萃取精馏分离工艺的工业化提供了设计基础和理论依据。     

六甲基二硅烷-甲苯-水混合物的清洁分离工艺设计

在对六甲基二硅烷(HMDO)-甲苯-水三元体系进行了热力学分析的基础上,应用化工流程模拟软件ASPEN PULS对工艺过程进行模拟。提出了共沸蒸馏、萃取的分离方案,筛选了5种共沸剂,结果表明丙酮为最佳共沸剂。丙酮与HMDO-水形成共沸物,分离甲苯;共沸物通过萃取的方式分离HMDO;水与丙酮可以通过普通精馏的方法得以分离,整个过程中的共沸精馏溶剂和萃取剂-水全部循环使用,没有废液的排放,实现了清洁生产。提出的工艺方案可为工业装置设计提供参考。     

氨基湿法脱硫脱硝吸收液电解制备过硫酸铵

燃煤烟气污染物资源循环利用是烟气污染治理的发展方向,为探究直接电解氨基湿法脱硫脱硝吸收液制备过硫酸铵进行资源化回收的可行性,在板框式隔膜流动电解槽中考察了硫酸铵浓度、硫氰酸铵浓度、硫酸浓度、温度、电流密度、流速、电解时间以及吸收液中杂质成分等工艺参数对电解制备过硫酸铵的影响特性。结果表明,吸收液中的尿素和氨水对电流效率有抑制作用,而SO₃^2-和NO₃^-对电流效率几乎没有影响,模拟吸收液的电流效率仅为69.88%,远低于单一电解硫酸铵溶液86.98%的电流效率。对吸收液采取去除尿素、亚硫酸根氧化和吸收液pH调节（pH=2.2）预处理后,其电流效率达到85.12%。氨基湿法脱硫脱硝吸收液电解工艺不仅可高效制备过硫酸铵,阴极还可副产氢气,电解结晶后余液进一步与氨基湿法脱硫脱硝循环吸收液耦合,还可较大提升烟气脱硝效率,是一种新型的绿色高效的烟气净化技术路线,具有极大的发展前景。     

Surfactant effects on gas absorption in a coke-oven gas treatment process

The effect of organic impurities in industrial stripped coal water (SCW) on the absorption of CO₂ was measured experimentally. Removal of these impurities via activated carbon showed a marked improvement in interphase mass transfer of a vertical wetted-wall column absorber. However, this benefit was not found in a stirred-cell absorber, in which a different flow pattern from that in wetted-wall column absorber is expected. An ad hoc systematic study on the effects of three deliberately added surfactants on gas absorption by pure water in three different absorbers with different flow patterns was thereafter conducted. The experimental results reveal that absorption deterioration also prevails only in a vertical, wetted-wall column absorber and the reduction in liquid phase mass transfer by the addition of surfactant can be satisfactorily correlated with surface pressure of solutions. This indicates that the effect of the industrial impurities in SCW on gas absorption may successfully be simulated under the same flow pattern by a surfactant solution with the same surface pressure. A possible modification of the existing coke-oven gas (COG) treatment process for the benefit of absorption enhancement was finally proposed.     

由天青石制高纯碳酸锶新工艺研究

采用催化转化法由天青石制取粗品SrCO3，经酸溶后采用综合净化法除去钡、钙等杂质，用碳铵与之作用生成高纯SrCO3成品。本方法具有转化率高、能耗低、产品质量稳定可靠，其纯度达到99．65％、生产成本较低等特点。     

Removal of Trace Metal Impurities from Pretreated Phosphoric Acid by Foam Fractionation

Demands for phosphoric acid are growing rapidly in various industries. This has highlighted the importance of optimizing its production and purification methods. Phosphoric acid can be produced by a wet process. However, due to the presence of many organic and inorganic impurities in the wet product, purification of the resulting product is a major concern in this industry. Removal of trace metal impurities (such as magnesium, cadmium, chromium, zinc, etc.) from produced phosphoric acid in a wet process was investigated by foam fractionation in a semi-batch setup using sodium dodecyl sulfate (SDS) as the surfactant. Effects of inlet air velocity, surfactant concentration, and surfactant selectivity were investigated. The optimum air velocity and surfactant concentration were obtained as 0.020 cm/min and 0.7 g/L, respectively. At the optimum condition, the total removal efficiency and enrichment factor reached were 70.2% and 4.39, respectively, while the acid loss was 8.3%. The total metal removal efficiency was increased to 95.3% in a two-stage experimental run.     

消防用PEO/OTAC/NaSal减阻体系的介观分子动力学分析

在全球能源紧张的背景下,“过程节能”手段的探索具有重要意义。消防工作在国民经济和社会发展中占据重要地位,将添加剂湍流减阻技术引进到消防系统,能提高消防水的射出速度和射程,在提高灭火效率的同时节省水泵功耗。根据消防水流特点,初步选定聚氧化乙烯/十八烷基三甲基氯化铵的聚合物/表面活性剂复配体系作为研究对象,借助介观分子动力学模拟手段,计算了此体系的抗剪切能力及表面张力。发现此体系的抗剪切能力较聚合物、表面活性剂单一体系有明显提升,且体系的表面张力较纯表面活性剂溶液有所提高,初步证明此体系适用于消防减阻。同时从分子动力学角度深入分析了复配体系内聚合物、表面活性剂分子之间的作用机制,可为进一步寻找适用于消防减阻的聚合物/表面活性剂复配添加剂体系提供理论指导。     

聚醚醚酮精制工艺及设备的设计与运行

聚醚醚酮生产过程中,反应产物、原料、溶剂及副产物混合在一起,为了得到纯的聚醚醚酮需对其聚合产物进行精制。针对现行生产工艺流程较长、能耗及水耗较大的特点,依据实验数据,对现行工艺、设备进行改进。将分散的、单一功能设备综合在一起,先经丙酮浸取,除去溶剂二苯砜;再经水洗除去氟盐等水溶性物质;最后经过真空转筒干燥得到纯物料,上述3步精制过程在同一设备中实现。使用改进后设备进行生产,聚醚醚酮精制时间为22 h,并且干燥后物料含水质量分数达到0.02%,物料的粉化率也仅为2.85%。经实际生产证明,改进后工艺集中,操作简化,精制时间较原工艺缩短31 h,同时降低了能耗,节约超纯水用量,较大程度地提高了生产效率。     

流动电极电容去离子去除铵根离子模型及优化

为了更直观地研究流动电极电容去离子（flow electrode capacitive deionization, FCDI）除氨工艺的机理并进行高效改进,本文构建了FCDI装置去除NH{}_{\mathrm{4}}^{+}的电化学稳态模型,实验结果模拟准确率达到93.8%。利用该模型研究了FCDI除氨工艺在进水流量、电流密度、电极液中活性炭质量分数等工况条件下的能耗和去除效率变化趋势,计算离子选择性和去除速率两个指标,定性阐明操作参数对去除氨的影响机理,筛选出较优化工况。研究结果表明,FCDI除氨工艺在进水流量1.25mL/min、电流密度21.26A/m²、活性炭质量分数为10%时,除氨效率为74.5%,能耗为29.62kWh/kg N,达到较为理想的状态。在优化的工况条件下,讨论了NH{}_{\mathrm{4}}^{+}在FCDI装置内部的微观传输情况,考虑到过长的流道长度会增强电流密度的极化现象,降低装置除氨性能,提出了串联装置的建议。保持流道长度和工况条件不变,串联的装置可以比原装置的去除效率提升32.9%,同时去除单位质量N的能耗降低22.0%,表明装置的改进是有效的。优化后的FCDI除氨工艺比同类处理工艺更有优势,NH{}_{\mathrm{4}}^{+}去除效率更高,能耗更低,具有广泛应用前景。     

Stability Modeling of Water-Based Surfactant Covered Micro-bubble Fluids

Currently, due to the decrease in easy access to crude oil reservoirs, oil and gas industries have focused on production from heavy oil and depleted reservoirs. In recent years, micro‐bubble fluids with surfactant and polymer layers around the bubbles are investigated as a part of drilling fluids and their positive effect on the formation damage is proven. Stability of the bubbles in the fluid is very important, and the optimum surfactant and polymer types should be chosen at optimum concentrations. In this work, an attempt is made to analyze the stability of bubbles of the drilling fluid, based on the diffusive mass transfer concept. Mass transfer and interfacial mass transfer coefficients become more important when surfactant concentration gradient exists in micro‐bubble layers. Interfacial mass transfer coefficients have an important effect on mass transfer phenomena in Aphron fluids system; so, the precise selection of these coefficients results in the conformity of modeling and experiments. We can say that reducing the mass transfer rate from bubble layers will result in stable bubbles in the fluid and, thus, the efficiency of the fluid during drilling will not decrease. It is shown that the interfacial mass transfer coefficient decreases with an increase in surfactant concentration.     

新型热源塔溶液再生系统非稳态特性分析与实验研究

针对热源塔冬季运行时存在的吸湿问题,构建了一种新型热源塔溶液再生系统并对其进行实验测试。考虑到系统在初始运行时需要建立平衡的温度场且系统运行时存在溶液不断变浓的现象,对该溶液再生系统启动时的非稳态特性进行了研究,获取了各运行参数随初始运行次数的变化规律,同时对不同浓度下各运行参数变化规律进行了实验分析。实验结果表明：初始开机运行后,随着运行次数的增多,在总运行水量保持不变的情况下,单次运行所需电量呈下降趋势,冷凝水量呈上升趋势,最终系统趋于稳定。随着溶液浓度的变化,系统再生效率存在先增加后降低的趋势,当溶液浓度达到18.5%时出现最佳值,此时再生效率为4.28 kg/(kW·h),再生速率为749 kg/d,再生百分比为14%。该装置将溶液的真空沸腾过程和冷凝过程融合在一起,系统能耗大大降低,具有较好的节能效果。